Karbid boru je černý krystal s kovovým leskem, známý také jako černý diamant, který patří mezi anorganické nekovové materiály. V současné době je každý obeznámen s materiálem karbid boru, což může být způsobeno použitím v neprůstřelném pancíři, protože má nejnižší hustotu mezi keramickými materiály, výhody vysokého modulu pružnosti a vysoké tvrdosti a dokáže dobře využít mikrotrhliny k absorpci projektilů. Efekt energie při udržení co nejnižšího zatížení. Ve skutečnosti má však karbid boru mnoho dalších jedinečných vlastností, díky nimž hraje důležitou roli v abrazivech, žáruvzdorných materiálech, jaderném průmyslu, leteckém průmyslu a dalších oblastech.
Vlastnostikarbid boru
Pokud jde o fyzikální vlastnosti, tvrdost karbidu boru se vyrovná diamantu a kubickému nitridu boru a při vysokých teplotách si udržuje vysokou pevnost, takže se může použít jako ideální materiál odolný proti opotřebení za vysokých teplot. Hustota karbidu boru je velmi malá (teoretická hustota je pouze 2,52 g/cm3), je lehčí než běžné keramické materiály a lze jej použít v leteckém a kosmickém průmyslu. Karbid boru má silnou schopnost absorpce neutronů, dobrou tepelnou stabilitu a bod tání 2450 °C, takže se široce používá i v jaderném průmyslu. Schopnost absorpce neutronů lze dále zlepšit přidáním prvků B. Materiály z karbidu boru se specifickou morfologií a strukturou mají také speciální fotoelektrické vlastnosti. Kromě toho má karbid boru vysoký bod tání, vysoký modul pružnosti, nízký koeficient roztažnosti a dobré vlastnosti. Díky těmto výhodám se může nacházet v mnoha oblastech, jako je metalurgie, chemický průmysl, strojírenství, letecký a vojenský průmysl. Například se používá pro výrobu dílů odolných proti korozi a opotřebení, neprůstřelných pancířů, řídicích tyčí reaktorů a termoelektrických prvků atd.
Co se týče chemických vlastností, karbid boru nereaguje při pokojové teplotě s kyselinami, zásadami a většinou anorganických sloučenin a při pokojové teplotě téměř nereaguje s kyslíkem a halogenovými plyny a jeho chemické vlastnosti jsou stabilní. Kromě toho je prášek karbidu boru aktivován halogenem jako boridovacím činidlem oceli a bor se infiltruje na povrch oceli za vzniku filmu boridu železa, čímž se zvyšuje pevnost a odolnost materiálu proti opotřebení, a jeho chemické vlastnosti jsou vynikající.
Všichni víme, že povaha materiálu určuje jeho použití, takže v jakých aplikacích má prášek karbidu boru vynikající výkon?Inženýři z výzkumného a vývojového centraUrbanMines Tech.Společnost Co., Ltd. vypracovala následující shrnutí.
Aplikacekarbid boru
1. Karbid boru se používá jako lešticí abrazivum
Karbid boru se jako abrazivum používá hlavně k broušení a leštění safíru. Mezi supertvrdými materiály je tvrdost karbidu boru lepší než tvrdost oxidu hlinitého a karbidu křemíku, hned po diamantu a kubickém nitridu boru. Safír je nejideálnějším substrátovým materiálem pro polovodičové světelné diody (LED) GaN/Al2O3, velké integrované obvody SOI a SOS a supravodivé nanostrukturní filmy. Hladkost povrchu je velmi vysoká a musí být ultra hladký, aby nedošlo k poškození. Vzhledem k vysoké pevnosti a vysoké tvrdosti safírového krystalu (tvrdost podle Mohse 9) způsobuje velké potíže zpracovatelským podnikům.
Z hlediska materiálů a broušení jsou nejlepšími materiály pro zpracování a broušení safírových krystalů syntetický diamant, karbid boru, karbid křemíku a oxid křemičitý. Tvrdost umělého diamantu je příliš vysoká (tvrdost podle Mohse 10), což při broušení safírové destičky poškrábe povrch, ovlivňuje propustnost světla a cena je vysoká. Po řezání karbidu křemíku je drsnost RA obvykle vysoká a rovinnost nízká. Tvrdost oxidu křemičitého však není dostatečná (tvrdost podle Mohse 7) a brusná síla je nízká, což je při broušení časově a pracně náročné. Proto se abrazivo z karbidu boru (tvrdost podle Mohse 9,3) stalo nejideálnějším materiálem pro zpracování a broušení safírových krystalů a má vynikající výkon při oboustranném broušení safírových destiček a zpětném ztenčování a leštění safírových epitaxních LED destiček.
Za zmínku stojí, že když je karbid boru zahřátý nad 600 °C, povrch se oxiduje na film B2O3, který jej do určité míry změkčí, takže není vhodný pro suché broušení při příliš vysoké teplotě v abrazivních aplikacích, hodí se pouze pro leštění tekutým broušením. Tato vlastnost však zabraňuje další oxidaci B4C, což z něj činí jedinečné výhody při použití v žáruvzdorných materiálech.
2. Použití v žáruvzdorných materiálech
Karbid boru má vlastnosti antioxidační odolnosti a odolnosti vůči vysokým teplotám. Obecně se používá jako pokročilý tvarovaný a netvarovaný žáruvzdorný materiál a je široce používán v různých oblastech metalurgie, jako jsou ocelová kamna a nábytek do pecí.
Vzhledem k potřebám úspor energie a snižování spotřeby v železářském a ocelářském průmyslu a tavení nízkouhlíkové a ultranízkouhlíkové oceli přitahuje výzkum a vývoj nízkouhlíkových hořečnato-uhlíkových cihel (obecně s obsahem uhlíku <8 %) s vynikajícími vlastnostmi stále větší pozornost domácího i zahraničního průmyslu. V současné době se výkon nízkouhlíkových hořečnato-uhlíkových cihel obecně zlepšuje zlepšením struktury vázaného uhlíku, optimalizací matricové struktury hořečnato-uhlíkových cihel a přidáním vysoce účinných antioxidantů. Mezi nimi se používá grafitizovaný uhlík složený z průmyslového karbidu boru a částečně grafitizovaného sazí. Černý kompozitní prášek, používaný jako zdroj uhlíku a antioxidant pro nízkouhlíkové hořečnato-uhlíkové cihly, dosáhl dobrých výsledků.
Protože karbid boru při vysoké teplotě do určité míry změkne, může se přichytit k povrchu jiných materiálových částic. I když je produkt zhutněn, film oxidu B2O3 na povrchu může vytvořit určitou ochranu a hrát antioxidační roli. Zároveň se díky tomu, že sloupcové krystaly generované reakcí jsou rozptýleny v matrici a mezerách žáruvzdorného materiálu, snižuje pórovitost, zlepšuje se pevnost při středních teplotách a objem generovaných krystalů se zvětšuje, což může zacelit objemové smrštění a zmenšit trhliny.
3. Neprůstřelné materiály používané k posílení národní obrany
Díky své vysoké tvrdosti, vysoké pevnosti, nízké měrné hmotnosti a vysoké balistické odolnosti je karbid boru obzvláště vhodný pro trend lehkých neprůstřelných materiálů. Je to nejlepší neprůstřelný materiál pro ochranu letadel, vozidel, obrněných vozidel a lidských těl; v současné době...Některé zeměnavrhli nízkonákladový výzkum protibalistického pancéřování z karbidu boru s cílem podpořit rozsáhlé využití protibalistického pancéřování z karbidu boru v obranném průmyslu.
4. Aplikace v jaderném průmyslu
Karbid boru má vysoký absorpční průřez neutronů a široké energetické spektrum neutronů a je mezinárodně uznáván jako nejlepší absorbér neutronů pro jaderný průmysl. Tepelný průřez izotopu boru-10 dosahuje až 347 × 10⁻²⁴ cm², což je druhý nejvyšší rozdíl hned po několika prvcích, jako je gadolinium, samarium a kadmium, a je účinným absorbérem tepelných neutronů. Kromě toho je karbid boru bohatý na zdroje, odolný vůči korozi, má dobrou tepelnou stabilitu, neprodukuje radioaktivní izotopy a má nízkou energii sekundárního záření, takže se karbid boru široce používá jako kontrolní materiál a stínící materiál v jaderných reaktorech.
Například v jaderném průmyslu se u vysokoteplotního plynem chlazeného reaktoru používá systém odstavení s kuličkami absorbujícími bór jako druhý systém odstavení. V případě nehody, kdy první systém odstavení selže, druhý systém odstavení použije velké množství pelet z karbidu boru, které volně padají do kanálu reflexní vrstvy aktivní zóny reaktoru atd., k odstavení reaktoru a provedení studeného odstavení, přičemž absorpční koule je grafitová koule obsahující karbid boru. Hlavní funkcí jádra z karbidu boru ve vysokoteplotním plynem chlazeném reaktoru je řízení výkonu a bezpečnosti reaktoru. Uhlíková cihla je impregnována materiálem absorbujícím neutrony z karbidu boru, který může snížit ozáření tlakové nádoby reaktoru neutronovým zářením.
V současné době se mezi boridové materiály pro jaderné reaktory řadí zejména tyto materiály: karbid boru (řídicí tyče, ochranné tyče), kyselina boritá (moderátor, chladivo), borová ocel (řídicí tyče a skladovací materiály pro jaderné palivo a jaderný odpad), bor s europiem (hořlavý jedovatý materiál v aktivní zóně) atd.